Principio di funzionamento e classificazione dei condensatori ceramici

Un condensatore è un dispositivo elettrico che immagazzina energia sotto forma di campo elettrico. È costituito da due piastre metalliche separate da una sostanza dielettrica o non conduttiva. I tipi di condensatori sono approssimativamente suddivisi in capacità fissa e capacità variabile. I più importanti sono i condensatori a capacità fissa, ma esistono anche condensatori a capacità variabile, come i condensatori rotanti o di regolazione fine. I condensatori con capacità fissa sono suddivisi in condensatori a film, condensatori ceramici, condensatori elettrolitici e condensatori superconduttori. Questo articolo introduce brevemente il principio di funzionamento, la struttura e le caratteristiche applicative dei condensatori ceramici.

1. Polarità dei condensatori ceramici

I condensatori ceramici si trovano più comunemente in tutti i dispositivi elettrici che utilizzano materiali ceramici come dielettrici. I condensatori ceramici sono un dispositivo non polarizzato, il che significa che non hanno polarità. Quindi può essere collegato in qualsiasi direzione sul circuito. Pertanto, sono generalmente molto più sicuri dei condensatori elettrolitici. Questo è il simbolo di un condensatore non polarizzato riportato di seguito. Molti tipi di condensatori, come i condensatori a sfere di tantalio, non hanno polarità.

2. Struttura e prestazioni dei condensatori ceramici

Esistono tre tipi principali di condensatori ceramici, ma ci sono altri tipi tra cui scegliere:

1. Condensatori ceramici a disco con piombo per montaggio a foro passante con rivestimento in resina.

2. Condensatori ceramici multistrato a montaggio superficiale (MLC).

3. Un tipo speciale di condensatore ceramico a disco nudo senza piombo per microonde progettato per essere montato in uno slot su un PCB.

I condensatori a disco ceramico sono realizzati rivestendo entrambi i lati di un disco ceramico con contatti in argento, come mostrato nella figura sopra. I condensatori a disco ceramico hanno valori di capacità compresi tra circa 10 pF e 100 μ F e una varietà di tensioni nominali, che vanno da 16 V a 15 KV o anche più.

Per ottenere una capacità maggiore, questi dispositivi possono essere costituiti da più strati. Gli MLCC sono costituiti da una miscela di materiali paraelettrici e ferroelettrici o stratificati con contatti metallici. Una volta completato il processo di stratificazione, il dispositivo viene posto ad alta temperatura e la miscela viene sinterizzata, ottenendo un materiale ceramico con le proprietà desiderate. Infine, il condensatore risultante è costituito da molti condensatori più piccoli collegati in parallelo, il che si traduce in un aumento della capacità.

Resta inteso che gli MLCC sono costituiti da più di 500 strati, con uno spessore minimo dello strato di circa 0,5 micron. Con l’avanzare della tecnologia, lo spessore dello strato diminuirà e la capacità aumenterà allo stesso volume.

I dielettrici dei condensatori ceramici variano da produttore a produttore, ma i composti comuni includono biossido di titanio, titanato di stronzio e titanato di bario.

Principio di funzionamento dei condensatori ceramici

3. Classificazione dei condensatori ceramici

A seconda dei diversi materiali ceramici, possono essere suddivisi in condensatori ceramici a bassa frequenza e condensatori ceramici ad alta frequenza. In base alla forma strutturale, possono essere suddivisi in più tipi di condensatori come condensatori a disco, condensatori tubolari, condensatori rettangolari, condensatori a foglio e condensatori a foro passante. Diverse categorie di condensatori ceramici sono definite in base all'intervallo di temperatura operativa, alla deriva termica e alla tolleranza.

1. Condensatori ceramici di Classe I

Questo tipo di capacità è principalmente legato alla temperatura. Questi sono i condensatori più stabili e hanno caratteristiche quasi lineari.

I composti più comuni utilizzati come dielettrici sono:

A. Titanato di magnesio con coefficiente di temperatura positivo.

B. Titanato di calcio per condensatori con coefficiente di temperatura negativo.

2. Condensatori ceramici di classe II

Questo tipo di condensatore mostra prestazioni migliori in termini di efficienza volumetrica, ma ciò va a scapito di una minore precisione e stabilità. Pertanto, vengono spesso utilizzati in applicazioni di disaccoppiamento, accoppiamento e bypass in cui la precisione non è importante.

A. Intervallo di temperatura: da -50 ° C a +85 ° C

B. Fattore di dissipazione: 2,5%

C. Precisione: Scarsa

3. Condensatori ceramici di classe III

Questo tipo di condensatore ceramico ha un'elevata efficienza volumetrica, bassa precisione e basso fattore di perdita. Non può sopportare tensioni elevate. Il dielettrico utilizzato è solitamente titanato di bario.

A. I condensatori di Classe III variano la loro capacità dal -22% al +50%

B. L'intervallo di temperatura è compreso tra +10 ° C e +55 ° C.

C. Fattore di dissipazione: dal 3 al 5%.

D. Ha una precisione piuttosto scarsa (solitamente 20% o -20/+80%).

E. Solitamente utilizzato per il disaccoppiamento o altre applicazioni di alimentazione in cui la precisione non è un problema